练习题|网络编程-socket开发

 

1、什么是C/S架构？

　　C指的是client（客户端软件），S指的是Server（服务端软件），C/S架构的软件，实现服务端软件与客户端软件基于网络通信。

2、互联网协议是什么？分别介绍五层协议中每一层的功能？

　　互联网协议就是计算机界通用的语言；互联网协议分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层；

物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0。

数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式按照以太网协议；一组电信号构成一个数据包，叫做一组数据‘帧’；每一数据帧分成：报头head和数据data两部分。head前六个字节和后六个字节是mac地址，基于mac地址来标示对方；在局域网内以广播的方式工作。

网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址。

传输层功能：建立端口到端口的通信，端口即应用程序与网卡关联的编号。tcp和udp

应用层功能：有自己的协议如http、ftp协议，跑应用软件。

 

3、基于tcp协议通信，为何建立链接需要三次握手，而断开链接却需要四次挥手？

tup协议，客户端给服务端发一次消息，服务端要回应下并且给发给客户端，然后客户端再发给服务端，中间两步回应下+给客户端发消息可以合成一步，链接建立完成也就是三次握手；客户端说要断开链接PIN=1，服务端确认下ack=1，客户端接收到了，这条管道就断开了，服务端要断开发PIN=1，客户端回一个ack=1，管道就断开了。

客户端说把数据传完了，服务端不一定传完数据了，中间那两步不能合成一步，所以断开链接需要四次挥手。

4、为何基于tcp协议的通信比基于udp协议的通信更可靠？

　　 tcp协议一定是先建好双向链接，发一个数据包要得到确认才算发送完成，没有收到就一直给你重发；udp协议没有链接存在，udp直接丢数据，不管你有没有收到。

 

5、‍流式协议指的是什么协议，数据报协议指的是什么协议？

  流式协议指的是tcp协议，数据报协议指的是udp协议

 

6、什么是socket？简述基于tcp协议的套接字通信流程 

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部。 

 服务端先初始化Socket实例化一个类拿到对象（才能调用下面的接口），然后绑定IP端口(bind)，监听(listen)就是说客户端可以来连我了，调用accept接收链接；这时客户端初始化一个socket，然后connect与服务端建立好双向链接与accept对应。客户端发送请求数据，服务端处理请求并给客户端回应数据，这样一个通信循环；最后关闭套接字，一次交互结束。

 

7、什么是粘包？ socket 中造成粘包的原因是什么？ 哪些情况会发生粘包现象？

 如客户端只recv(1024), 可结果比1024长那怎么办，只好在服务器端的IO缓冲区里把客户端还没收走的暂时存下来，等客户端下次再来收，所以当客户端第2次调用recv(1024)就会首先把上次没收完的数据先收下来，再收df命令的结果。

这个现象叫做粘包，就是指两次结果粘到一起了。它的发生主要是因为socket缓冲区导致的。

所谓粘包问题原因：（1）主要还是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所造成的。（2）发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一个TCP段。若连续几次需要send的数据都很少，通常TCP会根据优化算法把这些数据合成一个TCP段后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据。

发生粘包的情况：（1）发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包（发送数据时间间隔很短，数据了很小，会合到一起，产生粘包）（2）接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收（客户端发送了一段数据，服务端只收了一小部分，服务端下次再收的时候还是从缓冲区拿上次遗留的数据，产生粘包）

 

8、基于socket开发一个聊天程序，实现两端互相发送和接收消息

server

#Author:Kris

# import socket
#
# HOST = ''                 # Symbolic name meaning all available interfaces
# PORT = 50007              # Arbitrary non-privileged port
#
# sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# sock_server.bind((HOST, PORT))
#
# sock_server.listen(1) #开始监听，1代表在允许有一个连接排队，更多的新连接连进来时就会被拒绝
# conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止，有了一个新连接进来后，就会为这个请求生成一个连接对象
#
# with conn:
#     print('Connected by', addr)
#     while True:
#         data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
#         print("server recv:",conn.getpeername(), data.decode())
#         if not data: break #收不到数据，就break
#         conn.sendall(data) #把收到的数据再全部返回给客户端

import socket

HOST = ''                 # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 50007              # Arbitrary non-privileged port

sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.bind((HOST, PORT))

sock_server.listen(1) #开始监听，1代表在允许有一个连接排队，更多的新连接连进来时就会被拒绝
conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止，有了一个新连接进来后，就会为这个请求生成一个连接对象

with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
        print("recv from Alex:",conn.getpeername(), data.decode())
        if not data: break #收不到数据，就break

        response = input(">>>").strip()
        conn.send(response.encode())
        print("send to alex:",response)

client

#Author:Kris

import socket

HOST = 'localhost'    # The remote host
PORT = 50007              # The same port as used by the server

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect((HOST, PORT))

while True:

    msg = input(">>>:").strip()
    if len(msg) == 0:continue

    client.sendall(msg.encode()) #发送用户输入的数据,必须是bytes模式

    data = client.recv(1024)

    print('Received',data.decode()) #收到服务器的响应后，decode一下

   

9、基于tcp socket，开发简单的远程命令执行程序，允许用户执行命令，并返回结果

 server

import socket
import subprocess

phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
# phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
phone.bind(('127.0.0.1',9901)) #0-65535:0-1024给操作系统使用
phone.listen(5)
print('starting...')
while True: # 链接循环
    conn,client_addr=phone.accept()
    print(client_addr)
    while True: #通信循环
        try:
            #1、收命令
            cmd=conn.recv(1024)
            if not cmd:break #适用于linux操作系统
            #2、执行命令，拿到结果
            obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE)
            stdout=obj.stdout.read()  #它就是bytes格式；正确的
            stderr=obj.stderr.read() #错误的结果
            #3、把命令的结果返回给客户端
            print(len(stdout)+len(stderr))
            conn.send(stdout+stderr) #+是一个可以优化的点，申请一个新的内存空间

        except ConnectionResetError: #适用于windows操作系统
            break
    conn.close()

phone.close()

client

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',9901))
while True:
    #1、发命令
    cmd=input('>>: ').strip() #ls /etc
    if not cmd:continue
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))

    #2、拿命令的结果，并打印
    data=phone.recv(1024) #1024是一个坑
    print(data.decode('gbk'))

phone.close()

 

10、基于tcp协议编写简单FTP程序，实现上传、下载文件功能，并解决粘包问题

 服务端

import socket
import struct
import json
import subprocess
import os

class MYTCPServer:
    address_family = socket.AF_INET

    socket_type = socket.SOCK_STREAM

    allow_reuse_address = False

    max_packet_size = 8192

    coding='utf-8'

    request_queue_size = 5

    server_dir='file_upload'

    def __init__(self, server_address, bind_and_activate=True):
        """Constructor.  May be extended, do not override."""
        self.server_address=server_address
        self.socket = socket.socket(self.address_family,
                                    self.socket_type)
        if bind_and_activate:
            try:
                self.server_bind()
                self.server_activate()
            except:
                self.server_close()
                raise

    def server_bind(self):
        """Called by constructor to bind the socket.
        """
        if self.allow_reuse_address:
            self.socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        self.socket.bind(self.server_address)
        self.server_address = self.socket.getsockname()

    def server_activate(self):
        """Called by constructor to activate the server.
        """
        self.socket.listen(self.request_queue_size)

    def server_close(self):
        """Called to clean-up the server.
        """
        self.socket.close()

    def get_request(self):
        """Get the request and client address from the socket.
        """
        return self.socket.accept()

    def close_request(self, request):
        """Called to clean up an individual request."""
        request.close()

    def run(self):
        while True:
            self.conn,self.client_addr=self.get_request()
            print('from client ',self.client_addr)
            while True:
                try:
                    head_struct = self.conn.recv(4)
                    if not head_struct:break

                    head_len = struct.unpack('i', head_struct)[0]
                    head_json = self.conn.recv(head_len).decode(self.coding)
                    head_dic = json.loads(head_json)

                    print(head_dic)
                    #head_dic={'cmd':'put','filename':'a.txt','filesize':123123}
                    cmd=head_dic['cmd']
                    if hasattr(self,cmd):
                        func=getattr(self,cmd)
                        func(head_dic)
                except Exception:
                    break

    def put(self,args):
        file_path=os.path.normpath(os.path.join(
            self.server_dir,
            args['filename']
        ))

        filesize=args['filesize']
        recv_size=0
        print('----->',file_path)
        with open(file_path,'wb') as f:
            while recv_size < filesize:
                recv_data=self.conn.recv(self.max_packet_size)
                f.write(recv_data)
                recv_size+=len(recv_data)
                print('recvsize:%s filesize:%s' %(recv_size,filesize))


tcpserver1=MYTCPServer(('127.0.0.1',8080))

tcpserver1.run()

客户端

import socket
import struct
import json
import os



class MYTCPClient:
    address_family = socket.AF_INET

    socket_type = socket.SOCK_STREAM

    allow_reuse_address = False

    max_packet_size = 8192

    coding='utf-8'

    request_queue_size = 5

    def __init__(self, server_address, connect=True):
        self.server_address=server_address
        self.socket = socket.socket(self.address_family,
                                    self.socket_type)
        if connect:
            try:
                self.client_connect()
            except:
                self.client_close()
                raise

    def client_connect(self):
        self.socket.connect(self.server_address)

    def client_close(self):
        self.socket.close()

    def run(self):
        while True:
            inp=input(">>: ").strip()
            if not inp:continue
            l=inp.split()
            cmd=l[0]
            if hasattr(self,cmd):
                func=getattr(self,cmd)
                func(l)


    def put(self,args):
        cmd=args[0]
        filename=args[1]
        if not os.path.isfile(filename):
            print('file:%s is not exists' %filename)
            return
        else:
            filesize=os.path.getsize(filename)

        head_dic={'cmd':cmd,'filename':os.path.basename(filename),'filesize':filesize}
        print(head_dic)
        head_json=json.dumps(head_dic)
        head_json_bytes=bytes(head_json,encoding=self.coding)

        head_struct=struct.pack('i',len(head_json_bytes))
        self.socket.send(head_struct)
        self.socket.send(head_json_bytes)
        send_size=0
        with open(filename,'rb') as f:
            for line in f:
                self.socket.send(line)
                send_size+=len(line)
                print(send_size)
            else:
                print('upload successful')


client=MYTCPClient(('127.0.0.1',8080))

client.run()

 

 

11、基于udp协议编写程序，实现功能

1. 执行指定的命令，让客户端可以查看服务端的时间

2. 执行指定的命令，让客户端可以与服务的的时间同步

 server

import socket
import subprocess
import time

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
while True:
    data, client_addr = server.recvfrom(1024)
    print(data, client_addr)
    obj = subprocess.Popen(data.decode('utf-8'),shell=True,  # time 命令在windows 下不能用
                     stdout=subprocess.PIPE,
                     stderr=subprocess.PIPE)
    stdout = obj.stdout.read()
    stderr = obj.stderr.read()
    print(stdout+stderr)
    server.sendto(stdout+stderr,client_addr)
    if data.decode('utf-8') == 'time':
        str_time = time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time.localtime())
        # str_time = '2017-01-01 00:00:00'
        server.sendto(str_time.encode('gbk'), client_addr)

server.close()

client

import socket
import os
import time
client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
while True:
    msg = input('>>>:').strip()
    client.sendto(msg.encode('utf-8'),('127.0.0.1',8080))
    data,server_addr = client.recvfrom(1024)
    print(data.decode('utf-8'),server_addr)
    localtime = time.localtime()
    os.system("date %d-%d-%d" % (localtime.tm_year, localtime.tm_mon, localtime.tm_mday))  # 设置日期
    os.system("time %d:%d:%d.0" % (localtime.tm_hour, localtime.tm_min, localtime.tm_sec))  # 设置时间

client.close()